VERGIESSEN VON METALLEN

Abstract

 Verfahren und Vorrichtung zum Vergiessen von Metallen vorzugsweise Leichtmetallen unter Druck im Kaltkammerverfahren mit den Schritten:
• Einlegen eines Bolzens aus dem zu vergiessenden Metall in eine der mindestens zwei Giesskammern,
• Zuführen und Einwechseln einer Giesskammer in eine Druckgiessmaschine, wobei die Giesskammer jeweils eine Ausgussöffnung aufweist, wobei das Zuführen und das Wechseln der Giesskammern aus mindestens zwei vorhandenen Giesskammern alternierend erfolgt,
• Erwärmen des Bolzens mittels Induktion,
wobei das Aufschmelzen des Bolzens in der Giesskammer nach dem Zuführen und Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine aber vor dem Öffnen der Ausgussöffnung der Giesskammer zur Füllung der Kavitäten vollständig erfolgt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergiessen von Metallen vorzugsweise Leichtmetallen unter Druck im Kaltkammerverfahren beinhaltend eine Druckgiessmaschine, eine Zuführung und einen Wechsler, wobei ein Bolzen aus dem zu vergiessenden Metall in eine Giesskammer eingelegt wird und an die Druckgiessmaschine zugeführt und eingewechselt wird.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Vergiessen von Metallen unter Druck bekannt und werden vorzugsweise für Leichtmetalle eingesetzt. Im Kaltkammerverfahren sind die Druckgiessmaschine und der Ofen getrennt voneinander angeordnet und die erforderliche Schmelze, welche im Ofen erschmolzen wird, wird manuell oder automatisch der Giesskammer in der Druckgiessmaschine zugeführt.
Solche Verfahren erfordern einen hohen Energieaufwand da in den Öfen meist grössere Mengen eingeschmolzen werden da die Öfen für grosse Mengen konfektioniert sind und kleinere Chargen entsprechend auf eine Menge, welche ein Ofen benötigt, erhöht werden müssen. Diese Mengen an Schmelze muss dann entsprechend warmgehalten werden, wenn nicht die komplette Menge umgehend zum Vergiessen benötigt wird. Dies erfordert zusätzliche Energie um die Schmelze warm zu halten sowie einen logistischen und personellen Mehraufwand .Dies alles bedarf eines hohen Energieaufwands und entsprechend Mehrkosten. Zudem wirkt sich das auf die Legierungsvielfallt negativ aus.

[0003] Die DE 100 43 717 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung in der in einem Bereitstellungsraum bzw. einer Presse das Material, welches als Bolzen bereitgestellt ist, vorgewärmt wird und anschliessend über einen Kanal in die Giesskammer überführt wird.

[0004] Die EP 0 936 010 A1 offenbart ein Verfahren indem die Schmelze in eine Giesskammer überführt wird, die durch Induktion beheizt wird und dadurch kein unerwünschter Temperaturgradient entsteht. Jedoch auch hier muss die Schmelze vorab in einem Ofen erschmolzen werden.

[0005] Zudem besteht der Nachteil bei solchen Giesskammern bei denen direkt die flüssige Schmelze eingefüllt wird, dass die Giesskammer aufgrund der Einfüllöffnung und des flüssigen Zustands des zu vergiessenden Metalls nur teilweise gefüllt werden kann, sowohl bei einer horizontalen wie vertikalen Anordnung, wodurch es gerne während des Einpressens der Schmelze in die Kavitäten mittels des Giesskolbens unteranderem zu Lufteinschlüssen in der Legierung kommt, was einen negativen Einfluss auf die Qualität des Gussteils hat.

[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein damit verbundenes Verfahren vorzuschlagen, welches den Energieverbrauch reduziert und es ermöglicht kleinere Chargen von Legierungen zu vergiessen und somit auch eine höhere Legierungsvielfalt zu ermögliche wie auch die Bauteilqualität zu verbessern.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Verfahren zum Vergiessen von Metallen vorzugsweise Leichtmetallen unter Druck im Kaltkammerverfahren folgende Schritte aufweist:

• Einlegen eines Bolzens aus dem zu vergiessenden Metall in eine der mindestens zwei Giesskammern,
• Zuführen und Einwechseln einer Giesskammer in die Druckgiessmaschine, wobei die Giesskammer jeweils eine Ausgussöffnung aufweist, wobei das Zuführen und das Wechseln der Giesskammern aus mindestens zwei vorhandenen Giesskammern alternierend erfolgt,
• Erwärmen des Bolzens mittels Induktion,
  dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des Bolzens in der Giesskammer nach dem Zuführen und Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine aber vor dem Öffnen der Ausgussöffnung der Giesskammer zur Füllung der Kavitäten vollständig erfolgt ist.

[0008] Dadurch, dass das zu vergiessende Metall als Bolzen in eine der mindestens zwei Giesskammern eingelegt wird und dann aufgeschmolzen wird, können auch kleine Chargen an Metalllegierungen für kleinere Stückzahlen von Gussteilen vergossen werden. Dies ermöglicht eine genauere Abstimmung der Menge der Schmelze die benötigt wird da kein Ofen gefüllt werden muss um eine entsprechende Menge an Schmelze zu erhalten um den Ofen betreiben zu können und vermeidet ein erneutes Einschmelzen der Metalle für weitere Chargen. Dies wiederum erbringt eine Energieeinsparung sowie ein mehrfaches Einschmelzen von anfallendem Restmaterial entfällt. Dadurch, dass die Menge der Legierung gut auf die Stückzahl der benötigten Gussteile abgestimmt werden kann, kann auch eine höhere Legierungsvielfallt vergossen werden. Die Giesskammer wird mit dem darin eingelegten Bolzen aus dem zu vergiessenden Metall, vorzugsweise einem Leichtmetall der Druckgiessmaschine zugeführt. Ein Wechsler dient dem Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine, wobei auch das Auswechseln der Giesskammer durch diesen erfolgt. Das Zuführen und das Wechseln der Giesskammern in und aus der Druckgiessmaschine erfolgt aufgrund mindestens zwei in der Vorrichtung vorhandener Giesskammern, wobei der Wechselvorgang alternierend erfolgt. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch mehr als nur zwei Giesskammern aufweisen die abwechslungsweise der Druckgiessmaschine zugeführt und herausgenommen werden. Dies ermöglicht einen schnellen Druckgiessprozess da die Giesskammern vor dem Zuführen der Druckgiessmaschine das Metall bis nahe unterhalb der Liquidustemperatur erwärmen und das Aufschmelzen des Bolzens in den flüssigen Zustand in der Druckgiessmaschine erfolgt. Durch die Erwärmung des Metalls in der Giesskammer mittels Induktion ist ein präzises und schnelles Erwärmen möglich. Das heisst, dass der Bolzen aus dem zu vergiessenden Metall vorzugsweise Leichtmetall in der Giesskammer erst nach dem Zuführen und Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine aber vor dem Öffnen der Ausgussöffnung zum Vergiessen des flüssigen Metalls bzw. zur Füllung der Kavitäten vollständig aufgeschmolzen wird. Bevor die Einwechslung der Giesskammer in die Druckgiessmaschine erfolgt, wird das zu vergiessende Metall bis nahe unter die Liquidustemperatur erwärmt, es wird also soweit erwärmt bevor es in den flüssigen Zustand übergeht. Dies ermöglicht ein rasches Verflüssigen, wenn die Giesskammer in der Druckgiessmaschine eingeführt ist und so einen schnellen Giessprozess.

[0009] Vorzugsweise erfolgt das vollständige Aufschmelzen des Bolzens induktiv. Dadurch wird ein präzises und schnelles Aufschmelzen in den flüssigen Zustand gewährleistet. Es ist von Vorteil, wenn das Erwärmen des zu vergiessenden Metalls bis nahe an die Liquidustemperatur also vor dem Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine ebenfalls induktiv erfolgt. Das Erwärmen des Bolzens in der Giesskammer wird vorzugsweise vor dem Einwechseln der Druckgiessmaschine wie nach dem Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine mittels demselben Induktionselements, welches in der Giesskammer angeordnet ist, durchgeführt.

[0010] Als bevorzugte Variante hat sich gezeigt, wenn das Erwärmen des Bolzens bis vor dem Zuführen und Einwechseln an die Druckgiessmaschine bis unterhalb der Liquidustemperatur des Bolzens erfolgt, das heisst noch nicht verflüssigt.

[0011] Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Giesskammer nach dem Einlegen des Bolzens komplett verschlossen wird, wobei diese vorzugsweise mit dem Giesskolben verschlossen wird. Dies erlaubt eine beinahe 100% Füllung der Giesskammer mit dem zu vergiessenden Metall, wodurch Lufteinschlüsse verringert werden und die Qualität der Gussstücke wesentlich verbessert wird. Die Öffnung zum Einlegen des Bolzens aus dem zu vergiessenden Metall wird vorzugsweise mittels dem Giesskolben verschlossen indem er an den Bolzen heranfährt und die Giesskammer verschliesst.

[0012] Vorzugsweise zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus, dass vor dem Vergiessen des zu vergiessenden Metalls in die zu füllenden Kavitäten ein Verschlusssystem die Ausgussöffnung in der Giesskammer frei gibt. Vorzugsweise befindet sich an dem Giesskolben entgegengesetzten Ende der Giesskammer ein Verschlusssystem, das wenn das zu vergiessende Metall die gewünschte Temperatur hat sowie flüssig ist, die Ausgussöffnung frei gibt, vorzugsweise indem sich das Verschlusssystem nach hinten verschiebt bzw. in dieselbe Richtung in die sich der Giesskolben beim Verpressen der Schmelze verschiebt, dadurch ist ein Füllen der Kavitäten mit dem aufgeschmolzenen Metall möglich.

[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Vergiessen von Metallen vorzugsweise Leichtmetallen unter Druck im Kaltkammerverfahren mindestens zwei Giesskammern aufweist, wobei die Giesskammern mittels der Zuführung der Druckgiessmaschine zugeführt werden und die Giesskammern mittels des Wechslers zwischen Zuführung und Druckgiessmaschine gewechselt werden vorzugsweise alternierend. Die Vorrichtung weist mindestens zwei Giesskammern auf die abwechselnd der Druckgiessmaschine zugeführt werden, wobei in die Giesskammern jeweils ein Bolzen eingelegt wird, der aus dem zu vergiessenden Metall vorzugsweise Leichtmetall besteht. Dadurch wird ein portionenweises Vergiessen des gewünschten Metalls möglich. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch mehr als zwei Giesskammern aufweisen die abwechselnd der Druckgiessmaschine zugeführt und eingewechselt bzw. ausgewechselt werden.
Beispielsweise kann eine Zuführung horizontal zur Druckgiessmaschine oder auch vertikal erfolgen mittels eines Transportsystems, wie auch eine revolverartige Anordnung denkbar ist oder andere Zuführungssysteme.

[0014] Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Giesskammern ein Induktionsheizelement aufweisen. Jede Giesskammer weist ein eigenes Induktionsheizelement, dies ermöglicht ein schnelles und präzises Erwärmen des Bolzens aus dem zu vergiessenden Metall. Das Induktionsheizelement ist vorzugsweise entlang des Umfangs der Giesskammer angeordnet und gewährleistet eine homogene Erwärmung des Bolzens.

[0015] Vorzugsweise weisen die Giesskammern jeweils ein Verschlusssystem auf, das die Ausgussöffnung in der Giesskammer verschliesst und kurz vor dem Füllen der Kavitäten frei gegeben wird. Das Verschlusssystem ist vorzugsweise am anderen Ende der Giesskammer gegenüberliegend dem Giesskolben angeordnet. Sobald das Metall die gewünschte Temperatur hat bzw. flüssig ist, gibt das Verschlusssystem die Ausgussöffnung zum Eingiessen des flüssigen Metalls in die Kavitäten frei. Vorzugsweise ist dazu ein Kolben vorgesehen der sich nach hinten verschiebt und dadurch die Öffnung für das flüssige Metall frei gibt.

[0016] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Kolbenkupplungssystem und die Giesskammern jeweils einen Giesskolben auf, wobei beim Wechseln der Giesskammer mittels Wechslers von der Zuführung in die Druckgiessmaschine der Giesskolben mit dem Kolbenkupplungssystem mit der Druckgiessmaschine verbunden wird. Dadurch wird erreicht, dass der Giesskolben mit einem Antriebssystem in der Druckgiessmaschine verbunden wird um das geschmolzene Metall im Giesskolben in die Kavitäten zu pressen. Da der Giesskolben und das Verschlusssystem jeweils pro Giesskammer vorliegen besteht auch der Vorteil, dass die Giesskammer komplett schliessbar sind und dadurch auch beinahe zu 100% füllbar.
Als vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die Giesskammern in einem in sich geschlossenen Kreislauf zueinander angeordnet sind und alternierend der Druckgiessmaschine zugeführt werden. Dieser Kreislauf kann einer vertikal wie auch horizontal verlaufenden Zuführung entsprechen wie bspw. einem Förderband oder aber auch einem Revolver in dem die Giesskammern konzentrisch um einen Drehpunkt angeordnet sind, wie auch andere Zuführungen denkbar sind.

[0017] Alle Ausgestaltungmöglichkeiten sind untereinander frei kombinierbar sowie die Verfahrens- und die Vorrichtungsmerkmale miteinander individuell kombinierbar sind.

[0018] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben, wobei sich die Erfindung nicht nur auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch eine Giesskammer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2

eine schrittweise Darstellung des Verfahrens in einer Giesskammer,

Fig. 3

eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit linearer Zuführung und

Fig. 4

eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit revolverartiger Zuführung.

[0019] Die in Fig. 1 dargestellte Zeichnung zeigt eine Giesskammer 2 einer erfindungsgemässen Vorrichtung 1, wobei der Bolzen 5 aus zu vergiessendem Metall bereits eingelegt ist und die Giesskammer 2 vollständig geschlossen ist. Entlang des Umfangs der Giesskammer 2 ist das Induktionsheizelement 3 angeordnet, welches sich vorzugsweise über die Länge der Giesskammer 2 erstreckt um eine homogene Erwärmung des Bolzens 5 zu gewährleisten. Gut ersichtlich ist, dass durch das Einbringen des zu vergiessenden Metalls als Festkörper eine Füllung der Giesskammer 2 von nahezu 100% erreichbar ist, was der Minderung von Lufteinschlüssen im Gussteil zugutekommt. Bei der Giesskammer 2 der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 wird der Bolzen durch die Einführöffnung 9 in die Giesskammer 2 eingelegt ersichtlich in Fig. 2. Anschliessend fährt der Giesskolben 4 bis an den Bolzen 5 heran und das Verschlusssystem 6 hält die Ausgussöffnung 8 verschlossen, wodurch die Giesskammer komplett geschlossen ist. Als Verschlusssystem 6 wird vorzugsweise ein Verschlusskolben verwendet, wobei auch andere Möglichkeiten denkbar sind. Das am Giesskolben 4 angeordnete Kolbenkupplungssystem 7 dient dem Anschliessen des Giesskolbens 4 an die Druckgiessmaschine 10 bzw. an einen dafür vorgesehenen Antrieb zur Pressung des geschmolzenen Metalls über die Ausgussöffnung 8 in die Kavitäten.

[0020] Fig. 2 zeigt eine schrittweise Darstellung des Verfahrens in einer Giesskammer 2 der Vorrichtung 1, wobei in Stellung A der Bolzen 5 aus dem zu vergiessenden Metall in die Giesskammer 2 eingelegt wird und der Giesskolben 4 an den Bolzen 5 heranfährt um die Giesskammer 2 zu schliessen. In Stellung B ist ersichtlich, dass die Giesskammer 2 vollständig geschlossen ist und eine beinahe Füllung von 100% erreicht wird. In diesem Zustand wird die Giesskammer 2 bzw. der Bolzen 5 mittels dem Induktionsheizelement 3 erwärmt, wobei die Erwärmung bis nahe unterhalb der Liquidustemperatur vor der Einwechslung in die Druckgiessmaschine 10 erfolgt, vorzugsweise während der Zuführung 11 der Giesskammer 2 an die Druckgiessmaschine 10, siehe Fig. 3 und 4. Durch den Wechsler (nicht dargestellt) wird die Giesskammer 2 in die Druckgiessmaschine 10 eingewechselt bzw. die davor in der Druckgiessmaschine 10 angeordnete Giesskammer 2 ausgewechselt. Stellung C zeigt die Position in der die Giesskammer 2 bereits in der Druckgiessmaschine 10 angeordnet ist und das Metall flüssig ist und die gewünschte Temperatur zum Vergiessen aufweist. Das Verschlusssystem 6 gibt die Ausgussöffnung 8 frei und der Giesskolben 4, welcher über das Kolbenkupplungssystem 7 mit einem Antrieb verbunden ist presst das flüssige Metall über die Ausgussöffnung 8 in die Kavitäten, was aus der Abbildung D zu entnehmen ist.

[0021] Fig. 3 und 4 zeigen mögliche Zuführungen 11 der Giesskammern 2 zur Druckgiessmaschine 10. Fig. 3 zeigt eine horizontale Zuführung 11, wobei auch eine vertikale Zuführung von Giesskammern 2 denkbar ist. Die Anzahl der Giesskammern 2 ist auf die Vorrichtung 1 bzw. Geschwindigkeit und Kapazität abzustimmen, wobei mindestens zwei Giesskammern 2 in einer erfindungsgemässen Vorrichtung 1 angeordnet sein müssen um ein Vorwärmen bis nahe unter die Liquidustemperatur und ein anschliessendes Erwärmen in der Druckgiessmaschine 10 bis das Metall flüssig ist durchzuführen bzw. um einen optimalen und wirtschaftlichen Prozess zu gewährleisten. Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung der Giesskammern 2, welche konzentrisch um ein Zentrum angeordnet sind und eine Art Revolver darstellen. Die Übergabe der Giesskammern 2 aus der Zuführung 11 an die Druckgiessmaschine 10 erfolgt mittels eines Wechslers (nicht dargestellt).

Bezugszeichenliste

[0022] 

1

Vorrichtung

2

Giesskammer

3

Induktionsheizelement

4

Giesskolben

5

Bolzen aus zu vergiessendem Material

6

Verschlusssystem

7

Kolbenkupplungssystem

8

Ausgussöffnung

9

Einführöffnung

10

Druckgiessmaschine

11

Zuführung

Ansprüche

1. Verfahren zum Vergiessen von Metallen vorzugsweise Leichtmetallen unter Druck im Kaltkammerverfahren mit den Schritten:

• Einlegen eines Bolzens aus dem zu vergiessenden Metall in eine der mindestens zwei Giesskammern,

• Zuführen und Einwechseln einer Giesskammer in eine Druckgiessmaschine, wobei die Giesskammer jeweils eine Ausgussöffnung aufweist, wobei das Zuführen und das Wechseln der Giesskammern aus mindestens zwei vorhandenen Giesskammern alternierend erfolgt,

• Erwärmen des Bolzens mittels Induktion,
dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des Bolzens in der Giesskammer nach dem Zuführen und Einwechseln der Giesskammer in die Druckgiessmaschine aber vor dem Öffnen der Ausgussöffnung der Giesskammer zur Füllung der Kavitäten vollständig erfolgt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vollständige Aufschmelzen des Bolzens induktiv erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Bolzens bis vor dem Zuführen und Einwechseln in die Druckgiessmaschine bis nahe unterhalb der Liquidustemperatur des Bolzens erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammer nach dem Einlegen des Bolzens komplett verschlossen wird, vorzugsweise mit dem Giesskolben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vergiessen des zu vergiessenden Metalls in die zu füllenden Kavitäten ein Verschlusssystem die Ausgussöffnung in der Giesskammer frei gibt.

6. Vorrichtung (1) zum Vergiessen von Metallen vorzugsweise Leichtmetallen unter Druck im Kaltkammerverfahren, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, beinhaltend eine Druckgiessmaschine (10), eine Zuführung (11) und einen Wechsler, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens zwei Giesskammern (2) aufweist, wobei die Giesskammern (2) mittels der Zuführung (11) der Druckgiessmaschine (10) zugeführt werden und die Giesskammern (2) mittels des Wechslers zwischen Zuführung (11) und Druckgiessmaschine (10) gewechselt werden, vorzugsweise alternierend.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammern (2) ein Induktionsheizelement (3) aufweisen.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammern (2) jeweils ein Verschlusssystem (6) aufweisen das die Ausgussöffnung (8) in der Giesskammer (2) verschliesst und kurz vor dem Füllen der Kavitäten frei gibt.

9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Kolbenkupplungssystem (7) und die Giesskammern (2) jeweils einen Giesskolben (4) aufweisen, wobei beim Wechseln der Giesskammer (2) mittels Wechsler von der Zuführung (11) in die Druckgiessmaschine (10) der Giesskolben (4) mit dem Kolbenkupplungssystem (7) mit der Druckgiessmaschine (10) verbunden wird.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammern (2) in einem in sich geschlossenen Kreislauf zueinander angeordnet sind und alternierend der Druckgiessmaschine (10) zugeführt werden.

Zeichnung